NATURE ET PROPRIÉTÉS DU GOU- , ^ERNEUR

(io3) Lorsqu’on applique une force *

quelconque à une machine destinée surtout à fabriquer certains objets, la seule transmission de l’effet de la puissance à la résistance ou au point où s’opère le travail, ne Remplit pas. toujours le but qu’on se propose. 11 est souvent nécessaire que l’opération soit invariable, uniforme, et n’éprouve aucun de ces changements irréguliers ou inattendus qui ocçasionentdes secousses à la machine et de soudaines inégalités dans le travail.

Le défaut d’uniformité dans le travail d’une machine peut provenir de trois causes , savoir :

i°. Le défaut d’uniformité dans l’action de la puissance , ou du moteur naturel employé à imprimer le mouvement à la machine; comme par exemple, dans l’ancienne pompe à feu, où la force élastique de la vapeur n’agit que pendant l’un des deux mouveniens d’ascension ou de descente du pistbn ,c*t est suspendue pendant l’autre mouvement.

2 °. be défaut d’uniformité dans la .résistance qu’oppose le travail à faire à l’action de la puissance.

3°. Enfin , lorsque la machine dftns les diverses positions que prennent les parties, transmet l’action de la puis-

LE MOUVEMENT DES MÀCHIlNiS. 21 3

sauce ail point où s’opère le travail, avec une intensité variable.

L’un (les moyens les plus simples et les plus efficaces de. régler ces irrégularités, est l’emploi d’un volant. Un volant est un disque pesant, pu une roue, en équilibre sur son axe , tellement adapté à la machine, qu’il tourne avec rapidité , pendant le mouvement de celle-ci, et recevant son impulsion du meme moteur que la machine.

Supposons, maintenant , un cas où le moteur soit parfaitement uniforme, mais où la résistance à vaincre soit irrégulière. Soit, par exemple, une roue hydraulique en dessus, décrite dans notre Traité d' Hydraulique , cliap. 111, page 82, et dans le premier Traité de Mécanique , cliap. Y , mise en mouvement par une chute d’eau régulière et appliquée à une pompe aspirante ordinaire, ( roy. le même Traité d' Hydraulique , chap. 11 , pag. 37 , et le Traité de Pneumatique* cliap. VI, n° 4 o, page 1 ^ 3 ).

Dans ce cas, 011 a un moteur constant et uniforme; mais la résistance n’agit que pendant l’ascension du piston, et l’appareil 11’a aucun effort à faire pendant

sa descente.

Puisque pendanlcette descente du piston, le moteur n’a rien à vaincre , si ce n’estl’inertie de la machine et le frottement de ses parties, il doit pousser le piston de haut en bas, avec une force rapidement accélérée, de manière que, lorsque le piston est arrivé au plus bas point de sa course, il a acquis une vitesse considérable. Mais, pendant l’ascension du piston, la puissance motrice est contrariée par la colonne d’eau que le piston soulève ( voy . le Traité de Pneumatique y art. qc) , et dont le poids diminue continuellement la vitesse de la roue, de sorte que lorsque le piston est parvenu au plus haut point de sa course, toute son accélération de vitesse est détruite, et que le même mouvement irrégulier et cahoté se reproduit.

Si un volant était adapté à une pareille machine, ces irrégularités disparaîtraient presqu’entièrement. "

Lorsque la lourde masse d’un volant a reçu du moteur un mouvement rapide, il produit deux effets très-évidens : en vertu de son inertie , 1 1 oppose une résistance considérable à toute accélération subite de mouvement, ainsi qu’à tout ralentissement subit de sa vitesse ;

LE MOUVEMENT DES MACHINES. 2l5 >

^est-à-dire qu'il tend à continuer le mouvement qu’il a d abord reçu, mais résiste à l’augmentation ou à la diminution de ce meme mouvement.

Ainsi, dans l’application qui nous occupe, la colonne d’eau est soulevée, non seulement par la force du moteur , comme auparavant; mais encore parla force motrice communiquée au volant , et qu’il tend à conserver.

D’un autre côté , lorsque le piston descend, l'action du moteur sur lui, qui déterminait dans le premier cas une rapide accélération de vitesse, trouve un obstacle dans le volant qüi , à cause de v sa grande inertie, ne peut acquérir cette vitesse accélérée , que le moteur tend à produire.

La propriété que possède le volant de résister à l’accélération de sa vitesse , est proportionnelle au carre de son diamètre, et, par conséquent, en augmentant suffisamment ses dimensions et son.

poids, on peut parvenir à régler et à rendre uniformes les mouvemens les plus capricieux et les plus irréguliers d’une machine.

Dans l’application que nous venons de décrire, nous avions une résistance ,

?.i6 ‘.méthodes pour régler-

variable, opposée à une puissance uniforme. Le contraire a souvent lieu, et l’on a une résistance uniforme opposée à une puissance variable.

Ainsi , par exemple, dans la pompe à feu dont nous avons parlé plus bâtit, lorsque le piston a été forcé de descendre par la pression de là vapeur, il remonte ordinairement, au moyen d’un poids, adapté à l’autre extrémité du balancier.

Dans ce cas , le moteur est très-inégal dans ses effets, et ne pourrait jamais servir à un travail qui exigerait une action uniforme. Mais, si on adapte un volant à la machine, la vitesse que ce volant acquiert pendant la descente du piston, il la conserve en vertu de son inertie, pendant la suspension de l’action de la vapeur, ou, si l’on veut, pendant l’ascension du piston; et cette force acquise, fait mouvoir la machine, et agit contre la résistance,- quelle qu’elle soit, pendant les intervalles de repos, résultans de 1 intermittence du moteur.

Lors même que le moteur et la résistance seraient uniformes, il peut arriver que la force, la puissance du premier .ne soit pas transmise uniformément à l’autre.

‘Supposons, par exemple, un piston

V ,jig. 87, pl. XYII-XYIÏI, mil par la vapeur dans un cylindre C, et adapté par sa tige, à l’extrémité B', d’un balancier dont le centre de mouvement est en A. L’autre extrémité B' dubalancier estadaptée par une tige B' D,. à une manivelle EFGHIKf), tournant autour de son axe E F I R.

Supposons, maintenant, que le piston qui est susceptible d’être pressé de haut en bas et de bas en haut par la force élastique de la vapeur, soit arrivé au haut du cylindre comme le représente la figure, l’extrémité B du balancier a atteint sa position la plus élevée , son extrémité B' est dans la plus basse position possible ^ainsi que la partie G H de la manivelle.

Si alors la vapeur s’introduit au-dessus du piston , et le presse de haut en bas, il est évident que le piston et le

(*) Comme il aurait été impossible de représenter cette manivelle dans la figure même, pour la faire voir dans une position convenable, on l’a reproduite à côté et dans une position perpendiculaire à celle qu'elle occupe réellement. . •

Micani<[. ’l

o.I 8 MÉTHODES pour régler

balancier ne peuvent faire tourner la manivelle. En effet, le piston poussé de haut en bas, entraîne, par 1 intermédiaire du balancier, la tige B' D dans une direction verticale; mais, puisque, dans la position actuelle de toutes les «parties de la machine, les tiges B' D, EF, F G „ G H , H 1 et I K sont toutes dans le même plan vertical, les pivots E et R de la manivelle résistent à la force d’impulsion de la tige B D , et aucun bras de levier ne pourrait déterminer le mouvement la manivelle au moyen de la force ciu’y applique alors latige B' D. La machine est donc alors placée dans une position telle que le moteur a perdu toute son influence à la faire mouvoir.*

Mais, si nous supposons que la manivelle ait tant soit peu quitté cette position , la tige B' D et la manivelle cessent alors de se trouver dans le même plan vertical , et la tige obtient sur la manivelle un petit bras de levier qui lui suffit pour la faire tourner. Ce bras de levier continue à augmenter jusqu’à ce que le, plan de la manivelle F G HI se trouve

Î terpendiculaire à la tige B' D , comme e représente la fi g. 88,/?/. XV1I-XVIII.

LE MOUVEMENT DES MACHINES. 2ia

Dans ce cas , la force avec laquelle la tige

B' D agit sur la manivelle est à son maximum ; et , si la manivelle continue à s’élever, le bras de levier sur lequel agit la tige B D diminue constamment, jusqu’à ce que le piston ait atteint le fond du cylindre , époque à laquelle la manivelle occupe la plus haute position possible, comme le représente la t>i 8q. vl. XYII — XVI11. , /

Maintenant, si la vapeur presse le piston de Las en haut, la tige B' D sera poussée de haut en bas; mais, parce qu’alors la manivelle et cette verge sont encore sur le même plan vertical, la force de la verge agit inutilement sur les pivots de la manivelle qui ne lui offre aucun bras de levier sur lequel elle puisse agir, et par conséquent la manivelle reste immobile.

Il résulte donc de ce que nous venons d’exposer , que lorsqu’une machine quelconque est construite d’après cette méthode, l’action uniforme du moteur se trouve modifiée, devient variable et intermittente, et qu’enfin, en certainsmomens, elle est complètement détruite par la disposition même de la machine destinée à transmettre cette action au point où s’opère le travail. •

On évitera ces graves inconvéniens , eir adaptant , à i’axe de la manivelle, un volant qui tourne avec elle, etTeeoive son mouvement du mên^e moteur. La force motrice accjuise par ce volant , entraînera la manivelle ; lorsque ceile-rci se trouvera dans ces deux positions où elle est sur le même plan vertical, avec la tige qui lui imprime le mouvement ; elle régularisera en outre les -effets divers, produits par la continuelle variation du bras du levier , sur lequel agit cette même tige et par conséquent le moteur.

Un exemple très - remarquable de Femploi du volant est celui qu’en a fait M. Tanloue dans la machine construite pour enfoncer les pilotis du pont de Westminster à -Londres. Dans cette machine , qne masse très-pesante ou .mouton, est élevée par des chevaux agissant sur elle au moyen d’une corde et d’un treuil. Lorsque cette masse a atteint une hauteur considérable, elle est abandonnée à elle-même , et retombe sur je pilotis qu’elle est destinée à enfoncer. • - • •

On conçoit maintenant que, lorsque cette masse n’est plus retenue par les

chevaux , la machine ne leur offre plus de résistance, que la force musculaire qu’ils employaient à vaincre cette résistance ne s’exerce plus sur rien, etqu’alors les chevaux devraient être entraînés en avant , et tomber à terre avec une force proportionnelle à celle qu’ils employaient à soulever le mouton. On a prévenu cet accident en adaptant au treuil un lourd volant dont l’inertie résiste à la force des chevaux , lorsqu’ils n’ont plus à soulever le mouton.

Les avantages qu’offre le volant, sont encore très - remarquables , lorsqu’on l’applique aux manivelles mises en mouvement par la main des hommes (voyez la/#. 34, pi. VII- mi). Dans ce cas l’action de la puissance est très-inégale.

Elle produit son plus grand effet, lorsque 1 homme soulève la manivelle placée à la hauteur de ses genoux , et le moindre lorsque le manche de la manivelle étant daus une position verticale , il le pousse horizontalement devant lui. La force s’accroît, lorsque poussant le manche de haut en bas, l’homme. est aidé par son propre poids Si l’on adapte un volant snr l’axe de la manivelle, tous ces effets inégaux se confondent les uns dans les

Die

autres, et la force devient alors uniforme. .

Outre l’application du volant aux machines pour en régulariser le mouvement, on l’emploie encore quelque fois dans le but d’accumuler , de rassembler les efforts successifs d’une puissance, de manière à produire un effet beaucoup plus énergique qu’il ne serait possible d ? y parvenir par des efforts séparés et successifs; sous ce rapport, le volant remplit le même but que l’air condensé, (\oyez le premier Traité de Mécanique y n. 56).

Si une petite force est employée d’une manière continue ou répétée, pour mettre un volant en mouvement, jusqu’à ce qu’il ait aquis une vitesse considérable, ,on aura accumulé à la circonférence de ce volant , une quantité de force telle , qu’elle pourrait vaincre une résistance enorme , ,èt produire des effets 'entièrement disproportionnés avec l’action immédiate de la force primitive.

Il serait par exemple très-facile , en peu de secondes, et au moyen de la seule action des bras d’un homme, de donner ' à la circonférence d’un volant, une force capable d’imprimer à une balle de fusil, une vitesse égale à celle qu’elle rece-

vrait d'une charge complète de poudre.

Le même principe explique la force avec laquelle une pierre peut être lancée par une fronde. Ou fait mouvoir la courroie plusieurs fois autour du bras, jusqu’à ce qu’une quantité considérable de force soit accumulée à la circonférence décrite par la pierre qui est alors lancée avec toute cette force rassemblée.

Si l’on attache une lourde balle de plomb èt l’extrémité d’un jonc ou d’une forte baleine, on peut facilement faire percer une planche par cette balle, en prenant, dans la main, l’autre extrémité du jonc ou de la baleine et en frappant sur la planche un coup violent avec l’extrémité où se trouve la balle, qui peut acquérir ainsi une vitesse suffisante pour percer la planche.

L’efficacicé d’un volant dépend beaucoup de la position qu’on lui assigne dans une machine. Si on l’emploie comme Régulateur de la force, il doit être pl$cé près du moteur; mais, si, au contraire, on l’emploie comme magasin ou réservoir de force , il doit être alors plus rapproché du point ou s’opère le travail. Néanmoins , il est impossible de donner des règles positives' sur la posi-

tion qu’il doit occuper dans ces deux Gas. , ; * ■

' L’accumulation de force produite sur le volant, a induit en erreur beaucoup de. personnes qui supposent qu’il ajoute à la force de la machine, outre celle qu’elle reçoit du» moteur. On Se convaincra Facilementque cela né peut avoir lieu , si l’on considéré la complète inàc-n tivité ou inertie de la matières, et l’impossibilité où elle est de posséder aucune force qui ne lui ait pas été communiquée par quelque agént effectif. Il y a plus ; un volant ne conserve jamais toute c<fte que le moteur lui^a fournie.. Car la résistance de l’air et les effets des frottement lui enlèvent une partie de cette force. ’t .

Les volans ne sont pas les seuls régulateurs de la force ; et même dans certains cas où on'«les emploie, il est encore nécescessaire d’avoir recours à d’autres procédés régulateurs. En effet, il arrive souvent, dans les manufactures, qu’une machine doit se mouvoir avec une vitesse déterminée, et que, si cette vitesse est augmentée • ou diminuée la machine . n’est plus -«propre à exécuter le travail auquel elle est destinée.. L’application

d’une puissance parfaitement uniforme et d’un volant régulateur ne peut produire cet effet: car, supposons, comme cela a lieu fréquemment , que là résistance vienne à changer dans certaines

1 )arties de la machine, soit parce que e travail que ces parties doivent exécuter est terminé, soit parce qu’il commence au moment où d’autres opérations sont déjà en train , soit enfin lorsqu’il -doit y avoir intermittence d’action d’un côté, et action continue de l’autre; le moteur, ayant ainsi à surmonter une résistance irrégulière , tantôt accrue , tantôt diminuée, imprime à la machine tout entière, une vitesse variable, et tout cè que le volantpeut faire alors, est de rendre cette vitesse umforme après son accroissement ou sa diminution •L’une des plus belles inventions qu’on ait pu faire, pour conserver aux machines une vitesse uniforme, lçrsque la résistance varie, est le gouverneur, appareil employé dans^tous les moulins Anglais ; mais dont l’application est bien plus remarquable dans les machines à vapeur, lorsqu’elles sont destinées aux travaux des manufactures. On comprendra facile-

22 6 MÉTHODES POÜR RÉGLER

ment le principe sur lequel repose l’efficatité de cet appareil.

Soi t A B , fi g. 90 ,plànches XVII--XV III, un axe vertical mis en mouvement au moyen delà roue d’angle A , qui* engrène avec d’autres parties de la machine, de manière que cet axe tourne toujours avec une vitesse proportionnelle à celle du volant. Deux balles pesantes C C' sont attachées à deux verges métalliques qui se meuventsurun pivot horizontal en E, de sorte que ces deux balles peuvent s’éloigner et se rapprocher de l’axe A B , selon les circonstances: lorsqu’elles s’en éloignent , les charnières D D' s’éloignent aussi l’une de l’autre , en rapprochant de chaque côté, les deux tringles qu’elles unissent; ce qui fait baisser le manchon E qui est adapté à un levier ou à un système de leviers dont nous allons bientôt expliquer l’usage.

Maintenant, pendant le mouvement de rotation de l’axe AB, les balles C C' acquièrent une tendance évidente à s’écarter de cet axe, tendance à laquelle leur poids met un certain obstacle ; de sorte que , lorsque l’axe tourne avec une certaine vitesse , les balles restent sus-

pendues en équilibre. La propriété de laquelle cet appareil tire toute son efficacité , consiste en ce que , dans quelque position que se trouvent suspendues les balles, à quelque distance qu’elles soient' de l’axe , qu’elles s’appuient contre ou qu’elles en soient éloignées, l’axe doit toujours tourner avec la meme • vitesse. Une grande vitesse les fait écarter de l’axe , et une vitesse moindre les en rapproche (* *).

Si l’action des leviers qui sont adaptés au manchou E est dirigée sur le moteur, de manière que son énergie soit diminuée, lorsque le manchon E s’abaisse, et augmente lorsqu’il s’élève, il estrévident qu’on peut, par ce moyeu , obtenir l’uniformité de vitesse cherchée.

Supposons par exemple que les leviers que fait mouvoir le manchon E communiquent avec les soupapes qui admettent la vapeur dans le cylindre d’une ma-

(*) Gela n’est strictement vrai que lorsque l’espace parcouru par les balles est très-petit

compare à la longueur des tringles auxquelles elles sont attachées; ce qui , dans la pratique** a toujours lieu. .

chine à vapeur à laquelle le gouverneur serait appliqué; supposons aussi que , lorsque le manchon E est élevé , et que les balles C C' reposent contre leurs supports, les soupapes sont entièrement ou- v vertes, et 4 , admettent la plus grande quantité de vapeur possible dans le cylindre ; qu’enfin , selon que le manchon E est plus ou moins abaissé , les leviers ferment plus ou moins ces soupapes de manière à admettre plus ou moins de vapeur dans le cylindre.

Si cette machine à vapeur met en action vingt presses d’imprimerie . par exemple, et qu’on fasse cesser subitement le travail de dix de ces presses , la machine n’a plus à vaincre que la moitié de la résistance primitive qu’elle surmontai t d’abord et doit par conséquent faire marcher les dix presses qui travaillent encore , environ deux fois plus vite. Mais cette vitesse doublée ne serait pascompatibleavec le travail à exécuter; les presses pourraient se briser , ou l’impression notre pas régulière etc., etc.

Il faut donc que l’opération ne marche pas plus vite avec dix presses qu’avec vingt , et c’est ce que produit l’action du gouverneqr. En effet, au moment

LE MOUVEMENT DES MACHINES. 22ft

ou la vitesse commence à s’accroître, les balles C C' s’écartent de l’axe A B , abaissent le manchon E, ferment ainsi partiellement les soupapes , et diini- .

nuent la ‘quantité de vapeur qu’elles laissent pénétrer dans le cylindre. «L’énergie dû moteur est donc diminuée; et, si cette diminution est porportionnelle à celle de la résistance, tout l’appareil continuera à se mouvoir avec sa première vitesse. A la vérité , si cettè énergie est d’abord trop diminuée, la ?

vitesse actuelle sera moindre que la vitesse primitive ; mais, alors les balles se rapprocheront de l’axe, ouvriront davantage lès soupapes , et prendront enfin une position telle, que la quantité de vapeur admise dans le cylindre sera proportionnelle à la résistance actuelle qu’éprouve la machine, qui* reprendra ainsi sa première vitesse.

Au moyen de cet ingénieux procédé , :

de quelque manière que la résitance .

puisse varier, la vitesse du travail sera constamment la même , puisque l’énergie du moteur variera dans le inëjme rapport que la résistance.

Il existe encore d’autres procédés pour régulariser le mouvement des machines,

ü3o PROCÉDÉS MÉCANIQUES.

parmi lesquels nous devons mentionner le pendule des horloges; mais les limites qui nous sont imposées ne nous permettent pas d’en faire mention dans ce Traité, le lecteur en trouvera l’application dans des Traités subséquens , ainsi que les théories qui s’v rattachent;